6 Темы курсовых работ, постановка задачи и варианты индивидуальных заданий

Тема курсовой работы в общем случае формулируется следующим образом: «Улучшение условий труда в производственном помещении (выбирается согласно варианту задания)».

Постановка задачи.

По исходным данным согласно варианту задания провести расчёт системы естественного освещения производственного помещения. Принять, что требуется боковое освещение.

Выполнить план одноэтажного производственного здания (построить модель в плоскости) и его разрез по исходным данным согласно варианту задания. Производственное здание принять состоящим из четырёх помещений: основное, в котором ведётся технологический (производственный) процесс, помещение для вентиляционного оборудования, санитарный узел и бытовое помещение. Кроме того, в здании предусмотрено естественное освещение только для основного помещения. В основном производственном помещении имеется оборудование согласно варианту.

Согласно варианту задания провести расчёт по определению категории заданного помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности.

Построить 3Д – модель основного производственного помещения.

Провести расчёт системы искусственной вентиляции основного производственного помещения. Определить тип и марку требуемого вентилятора и воздуховодов.

Смоделировать направления воздушных потоков в получившемся производственном помещении, выявить зоны застоя воздушных масс, определить наихудший вариант направления ветра и в соответствии с государственными нормативными требованиями безопасности определить места расположения воздуховодов и воздухораспределителей, разработать рекомендации по оптимальному расположению автоматических систем защиты.

Вариант задания выбирается по приложению В в соответствии с номером студента в списке группы.

Содержание пояснительной записки (основной части) в данном случае должно быть следующим.

• Теоретическая часть.

В теоретической части должны быть освещены следующие вопросы.

Системы естественного освещения производственных помещений. Должны быть раскрыты понятия и дано определение терминам в области производственного освещения. Кроме того, должны быть рассмотрены требования к проектированию систем естественного освещения и методика их расчёта.

Программное обеспечение для построения моделей промышленных объектов. В данном подразделе должен быть проведён обзор и анализ существующих программных продуктов, предназначенных для 2D и 3D моделирования опасных производственных объектов. Рекомендуется рассмотреть следующие графические редакторы: Компас-3D Viewer, SolidWorks, Autocad Plant 3D, Unigraphics, ProEngineer, Catia и т.д. Необходимо сделать вывод о наиболее подходящем программном продукте для моделирования заданного промышленного объекта.

Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. Здесь необходимо ознакомиться с основными требованиями следующих нормативных документов: СП 12.13130.2009 "Свод правил. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности", НПБ 105-03. Нормы пожарной безопасности. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности, Постановление Правительства РФ от 25.04.2012 N 390 "О противопожарном режиме". Кроме того, изучить принципы определения классов взрыво- и пожароопасных зон по ПУЭ.

Программное обеспечение для моделирования опасных процессов в техносфере. В данном подразделе должен быть проведён обзор и анализ существующих программных продуктов, предназначенных для моделирования различных процессов, в том числе для моделирования опасных процессов в техносфере. Как минимум должны быть рассмотрены следующие системы: GPSS World. GPSS, Maple, tHAZARD 3.0, FlowVision, ANSYS. Необходимо сделать вывод о наиболее подходящем программном продукте для моделирования заданного опасного процесса.

Алгоритм построения задачи во FlowVision. В данном подразделе должны быть объяснены все этапы расчета при работе с FlowVision:

• создание области расчета (“геометрии” устройства) в САПР и импортирование ее через форматы VRML, IGES, STL, VDAFS, DEFORM, ABAQUS, ANSYS или NASTRAN в FlowVision.

• задание математической модели.

• задание граничных условий.

• задание исходной расчетной сетки и критериев её адаптации по решению и по граничным условиям.

• задание параметров методов расчета.

• проведение расчета (без участия пользователя).

• просмотр результатов расчета в графической форме (“визуализация” результатов расчетов) и сохранение данных в файлы.

• оценка точности расчетов методом сходимости по сетке.

Расчёт искусственной вентиляции. Должны быть раскрыты понятия и дано определение терминам в области производственной вентиляции. Приведены основные требования СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование.Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003. Кроме того, определена методика расчёта искусственной вентиляции.

Требования безопасности к проектированию объектов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также к размещению производственного оборудования. В данном подразделе должны быть освещены требования безопасности нормативных документов к проектированию объектов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также к размещению производственного оборудования, в том числе используемые при выполнении данной курсовой работы. Рекомендуется пользоваться следующими нормативными документами: ВУПП-88 Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Москва 1989; РД 39-135-94 Нормы технологического проектирования газоперерабатывающих заводов; Приказ Ростехнадзора от 11 марта 2013 года № 96 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств».

Объём теоретической части не должен превышать двадцать пять страниц.

• Практическая часть

Практическая часть должна состоять из следующих подразделов.

Расчёт системы естественного освещения производственного помещения. В данном подразделе необходимо рассчитать систему освещения производственного помещения, заданного вариантом задания (приложение В).

Методика расчета естественного освещения изложена в своде правил СП 23-102-2003. «Естественное освещение жилых и общественных зданий».

Расчет естественного освещения сводится к определению необходимой площади световых проемов (окон, световых фонарей), обеспечивающих нормированные значения КЕО, т.е. достаточный уровень освещения.

Необоснованное увеличение стеклянных поверхностей, например, сплошное остекление наружных стен якобы для обеспечения максимального естественного освещения, ведет к дискомфорту, ухудшению видимости.

В соответствии с СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95* территория РФ зонирована на пять групп административных районов по ресурсам светового климата. Перечень административных районов, входящих в группы обеспеченности естественным светом, приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Группы административных районов

Номер группы административных районов	Административный район
1	Московская, Смоленская, Владимирская, Калужская, Тульская, Рязанская, Нижегородская, Свердловская, Пермская, Челябинская, Курганская, Новосибирская, Кемеровская области, Республика Мордовия, Чувашская Республика, Удмуртская Республика, Республика Башкортостан, Республика Татарстан, Красноярский край (севернее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (севернее 63° с.ш.), Чукотский автон. округ, Хабаровский край (севернее 55° с.ш.)
2	Брянская, Курская, Орловская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Тамбовская, Пензенская, Самарская, Ульяновская, Оренбургская, Саратовская, Волгоградская области, Республика Коми, Кабардино-Балкарская Республика, Республика Северная Осетия-Алания, Чеченская Республика, Республика Ингушетия, Ханты-Мансийский автономный округ, Республика Алтай, Красноярский край (южнее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (южнее 63° с.ш.), Республика Тыва, Республика Бурятия, Читинская область, Хабаровский край (южнее 55° с.ш.), Магаданская, Сахалинская области
3	Калининградская, Псковская, Новгородская, Тверская, Ярославская, Ивановская, Ленинградская, Вологодская, Костромская, Кировская области, Республика Карелия, Ямало-Ненецкий автономный округ, Ненецкий автономный округ
4	Архангельская, Мурманская области
5	Республика Калмыкия, Ростовская, Астраханская области, Ставропольский край, Краснодарский край, Республика Дагестан, Амурская область, Приморский край

Значения КЕО в жилых и общественных зданиях, расположенных в первой группе административных районов, принимают в соответствии с приложением И СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*.

Значения КЕО в жилых и общественных зданиях, расположенных во второй, третьей, четвертой и пятой группах административных районов, определяют по формуле:

e_N = e_н ·m_N,(1)

где N – номер группы административных районов по таблице 1;

е_н – нормированное значение КЕО по приложению И СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*;

m_N – коэффициент светового климата, принимаемый по таблице 2.

Полученные по формуле (1) значения следует округлять до десятых долей.

Таблица 2 – Коэффициенты светового климата

Световые проемы	Ориентации световых проемов по сторонам горизонта	Коэффициент светового климата тN
		Номер группы административных районов
		1	2	3	4	5
В наружных стенах зданий	С	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	СВ, СЗ	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	З, В	1	0,9	1,1	1,1	0,8
	ЮВ, ЮЗ	1	0,85	1	1,1	0,8
	Ю	1	0,85	1	1,1	0,75
В зенитных фонарях	-	1	0,9	1,2	1,2	0,75
Примечание - С - северная; СВ - северовосточная; СЗ - северо-западная; В - восточная; З - западная; Ю - южная; ЮВ - юго-восточная; ЮЗ - юго-западная ориентация.

Проектирование естественного освещения зданий должно базироваться на изучении трудовых процессов, выполняемых в помещениях, а также на светоклиматических особенностях места строительства зданий. При этом должны быть определены следующие параметры:

• характеристика и разряд зрительных работ;

• группа административного района, в котором предполагается строительство здания;

• нормированное значение КЕО с учетом характера зрительных работ и светоклиматических особенностей места расположения зданий;

• требуемая равномерность естественного освещения;

• продолжительность использования естественного освещения в течение суток для различных месяцев года с учетом назначения помещения, режима работы и светового климата местности;

• необходимость защиты помещения от слепящего действия солнечного света.

Верхнее и комбинированное естественное освещение следует применять преимущественно в одноэтажных общественных зданиях большой площади (крытые рынки, стадионы, выставочные павильоны и т.п.).

Боковое естественное освещение следует применять в многоэтажных общественных и жилых зданиях, одноэтажных жилых зданиях, а также в одноэтажных общественных зданиях, в которых отношение глубины помещений к высоте верхней грани светового проема над условной рабочей поверхностью не превышает 8.

Совмещенным освещением называют освещение, при котором в светлое время суток одновременно используются естественный и искусственный свет, при этом недостаточное по условиям зрительной работы естественное освещение дополняют искусственным освещением.

Совмещенное освещение устраивают только в помещениях с недостаточным естественным освещением, в которых расчетное значение КЕО составляет менее 90 % нормированного.

Нормированные значения освещенности при совмещенном освещении следует принимать с учетом пунктов 6.5 и 6.6 СП 52.13330.2011 в соответствии с приложением И.

Размеры и расположение световых проемов в помещении, а также соблюдение требований норм естественного освещения помещений определяют предварительным и проверочным расчетами согласно СП 23-102-2003.

Пример расчета естественного освещения производственных помещений

Рассчитать естественное освещение для помещения насосной по транспорту нефти. Вид освещения боковое, одностороннее, размеры помещения 20×6×5 м. Противостоящих зданий нет. Место расположения насосной – Республика Башкортостан. Световые проемы ориентированы на юго-запад.

Размеры и расположение световых проемов в помещении, а так же соблюдение требований норм естественного освещения помещения определяются предварительным и проверочным расчетами.

Предварительный расчет КЕО и площади световых проемов при боковом освещении.

Предварительный расчет размеров световых проемов при боковом освещении без учета противостоящих зданий следует проводить с применением графиков отдельно для помещений жилых зданий, для помещений общественных зданий, для школьных классов. Соответствующий график для помещений общественных зданий приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – График для определения относительной площади световых проемов А_с.о/А_п при боковом освещении помещений общественных зданий

Расчет следует производить в следующей последовательности:

• а) в зависимости от разряда зрительной работы (по табл. 1) или назначения помещения и группы административных районов по ресурсам светового климата РФ по приложению И СП 52.13330.2011 определяют нормированное значение КЕО для рассматриваемого помещения;

• б) определяют глубину помещения d_п, высоту верхней грани световых проемов над уровнем условной рабочей поверхности h₀₁ и отношение d_п/h₀₁;

• в) на оси абсцисс графика (рисунок 1) определяют точку, соответствующую определенному значению d_п/h₀₁, через найденную точку проводят вертикальную линию до пересечения с кривой, соответствующей нормированному значению КЕО. По ординате точки пересечения определяют значение А_с.о/А_п;

• г) разделив найденное значение А_с.о/А_п на 100 и умножив на площадь пола, находят площадь световых проемов в м².

Графики, приведённые в СП 23-102-2003 и на рисунке 1 разработаны применительно к наиболее часто встречающимся в практике проектирования габаритным схемам помещений и типовому решению светопрозрачных конструкций – деревянным спаренным открывающимся переплетам. Если в проекте здания приняты другие типы заполнения световых проемов, то найденные по рисункам значения относительной площади световых проемов следует делить, а значение КЕО умножать на коэффициент К₁, приведенный в таблице 3.

Таблица 3 – Значения коэффициента К₁

Тип заполнения	Значения коэффициента К1 для графиков на рисунках
	1	2, 3
Один слой оконного стекла в стальных одинарных глухих переплетах	-	1,26
То же, в открывающихся переплетах	-	1,05
Один слой оконного стекла в деревянных одинарных открывающихся переплетах	1,13	1,05
Три слоя оконного стекла в раздельно-спаренных металлических открывающихся переплетах	-	0,82
То же, в деревянных переплетах	0,63	0,59
Два слоя оконного стекла в стальных двойных открывающихся переплетах	-	0,75
То же, в глухих переплетах	-	-
Стеклопакеты (два слоя остекления) в стальных одинарных открывающихся переплетах*	-	1,00
То же, в глухих переплетах*	-	1,15
Стеклопакеты (три слоя остекления) в стальных глухих спаренных переплетах*	-	1,00
Пустотелые стеклянные блоки	-	0,70
* При применении других видов переплетов (ПВХ, деревянные и др.) коэффициент К1 принимают по таблице до проведения соответствующих испытаний.

Устанавливаем разряд зрительной работы для данного в задании помещения по СП 52.13330.2011.

В помещении насосной выполняются работы средней точности с размерами объектов различения от 0,5 … 1 мм, т.е. относятся к четвертому разряду зрительной работы.

Определяем группу административного района по ресурсам светового климата по СП 23-102-2003 (таблица 1), РБ – 1 группа.

Находим нормируемое значение КЕО, е_N для данного помещения в зависимости от группы административного района по ресурсам светового климата:

е_N = е_H·m_N,

где N – номер группы обеспеченности естественным светом;

е_H – значение КЕО в зависимости от разряда зрительной работы [СП 52.13330.2011 ]

е_H = 1,5%

m_N – коэффициент светового климата в зависимости от группы административного района (для РБ = 1);

Подставляя в формулу найденные значения е_N:

е_N = 1,5·1 = 1,5.

Определяем глубину помещения d_n, высоту верхней грани световых проемов над уровнем условной рабочей поверхности h₀₁ и отношения d_n/ h₀₁:

• глубина помещения d_n = 6м.

• высота от уровня условной рабочей поверхности (УРП) до верха оконного проема; h₀₁ примем равной 3м;

• d_n/ h₀₁=6/3=2.

На оси абсцисс графика [СП 23-102-2003, рисунок 2] определяем точку соответствующую полученному значению d_n/ h₀₁через эту точку проводим вертикальную линию до пересечения с кривой, соответствующей нормированному значению КЕО, е_N.

По ординате точки пересечения определяем величину отношения А_с.о/A_n в %, где:

А_с.о – суммарная площадь световых проемов. находящихся в наружных стенах освещаемого помещения, м²;

A_n – площадь пола, м²;

А_с.о/A_n – отношение площади окон к освещаемой площади пола помещения, в %. (А_с.о/A_n = 37,5 %).

Разделив найденное значение А_с.о/A_n=37,5% на 100, и умножив на площадь пола находим площадь световых проемов в м².

А_с.о =

По ГОСТ 12506-81 принимаем размеры оконного проема А_1с.о = а·в = 3м·2м = 6 м².

Определяем количество оконных (световых) проемов:

А_с.о/А_1с.о = 45 м²: 6 м² = 7,5 = 8 окон.

Определяем какое расстояние в стене займут 8 окон шириной по 2 м:

8 окон·2 м =16 м.

Определяем расстояние между окнами:

20 - 16 = 4м.

4м : 9 промежутков = 0,44 м.

Проверочный расчет КЕО при боковом освещении

Проверочный расчет КЕО в точках характерного разреза помещения при боковом освещении следует выполнять в соответствии с методикой, изложенной в приложении Б СП 23-102-2003 по формуле (Б.1).

Расчет КЕО следует производить в следующей последовательности:

• график I (рисунок 8СП 23-102-2003) накладывают на поперечный разрез помещения таким образом, чтобы его полюс (центр) 0 совместился с расчетной точкой А (рисунок9СП 23-102-2003), а нижняя линия графика - со следом рабочей поверхности;

• по графику I подсчитывают число лучей, проходящих через поперечный разрез светового проема от неба n₁, и от противостоящего здания n₁ в расчетную точку А;

• отмечают номера полуокружностей на графике I, совпадающих с серединой С₁ участка светопроема, через который из расчетной точки видно небо, и с серединой С₂ участка светопроема, через который из расчетной точки видно противостоящее здание (рисунок 9);

• график II (рисунок 10СП 23-102-2003) накладывают на план помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось и горизонталь, номер которой соответствует номеру концентрической полуокружности (пункт «в»), проходили через точку С₁ (рисунок 9);

• подсчитывают число лучей n₂ по графику II, проходящих от неба через световой проем на плане помещения в расчетную точку А;

• определяют значение геометрического КЕО _б, учитывающего прямой свет от неба, по формуле (Б.9) приложенияБСП 23-102-2003;

• график II накладывают на план помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось и горизонталь, номер которой соответствует номеру концентрической полуокружности (пункт «в»), проходили через точку С₂;

• подсчитывают число лучей n₂ по графику II, проходящих от противостоящего здания через световой проем на плане помещения в расчетную точку А;

• по формуле (Б.10) приложенияБСП 23-102-2003 определяют значение геометрического коэффициента естественной освещенностизд, учитывающего свет, отраженный от противостоящего здания;

• определяют значение угла , под которым видна середина участка неба из расчетной точки на поперечном разрезе помещения (рисунок 9СП 23-102-2003);

• по значению угла  и заданным параметрам помещения и окружающей застройки в соответствии с приложением Бопределяют значения коэффициентов q_i, b_ф, k_зд, r₀, ₀ и Кз подставляют в формулу (Б.1) СП 23-102-2003 и вычисляют значение КЕО в расчетной точке помещения.

Графики I и II применимы только для световых проемов прямоугольной формы.

При наличии в помещении различно ориентированных световых проемов расчет КЕО в точках характерного разреза производят для каждого светового проема отдельно, а полученные значения КЕО для каждой точки суммируют.

При наличии в помещении балкона или лоджии проверочный расчет выполняют так же, как и для помещений без балкона или лоджии, а наличие балкона или лоджии учитывают понижающим коэффициентом ₄ из таблицы Б.8, который входит составной частью в общий коэффициент светопропускания ₀.

Проверочный расчет КЕО е_р^б при боковом освещении следует проводить по [СП 23-102-2003 формула Б1]:

е_р^б=, (2)

где L – число участков небосвода, видимых через световой проем из расчетной точки; (в нашем случае =1(одностороннее освещение));

–геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет от i-го участка неба, определяемый по [СП 23-102-2003, формула Б9]:

=0,01·n₁·n₂, (3)

где n₁ – число лучей по графику I, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на поперечном разрезе помещения;

n₂ – число лучей по графику II, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на плане помещения.

План и разрез помещения выполняют (вычерчивают) в одинаковом масштабе.

Определяем число лучей n₁, для чего график I [2, рисунок 8] накладываем на поперечный разрез помещения таким образом , чтобы его полюс был (центр) О совместился с расчетной точкой А [СП 23-102-2003, рисунок 9], а нижняя линия графика – со следом рабочей поверхности;

• по графику I подсчитываем число лучей, проходящих через поперечный разрез светового проема n₁ в расчетную точку А; n₁=1,4;

• отмечаем номер полуокружности на графике 1, совпадающей с серединой С₁ участка светопроема, через который из расчетной точки видно небо;

• Определяем число лучей n₂:

• график II [СП 23-102-2003, рисунок 10] накладываем на план помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось и горизонталь, номер которой соответствует номеру концентрической полуокружности, проходили через точку С₁ [СП 23-102-2003, рисунок 9];

• подсчитываем число лучей n₂ по график II, проходящих от неба через световой проем на плане помещения в расчетную точку А: n₂=23.

=0,01·n₁·n₂=0,01·14·23=3,22.

–коэффициент учитывающий неравномерную яркость i-го участка облачного неба МКО, определяемый по [СП 23-102-2003, табл. Б1]. Облачное небо МКО (по определению Международной комиссии по освещению – МКО) – небо полностью закрытое облаками и удовлетворяющее условию, при котором отношение его яркости на высоте над горизонтом к яркости в зените равно (1+2sin)/3.

Определяем угловую высоту среднего луча участка небосвода, видимого из расчетной точки через световой проем в разрезе помещения, град. В нашем случае угловая высота среднего луча =20⁰, тогда = 0,72;

М – число участков фасадов зданий противостоящей застройки, видимых через световой проем из расчетной точки; в нашем здании противостоящих зданий нет;

–средняя относительная яркость j-го участка противостоящего здания. расположенного параллельно исследуемому зданию (помещению), определяемая по [СП 23-102-2003,таблица Б2]; противостоящих зданий нет.

–коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию, принимаемый по [СП 23-102-2003,таблица Б4].

Для определения значения необходимо знать:

• отношение глубины помещения d_n к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна h₀₁; d_n/ h₀₁=6:3,2=2;

• отношение расстояния расчетной точки от внутренней поверхности наружной стены l_T к глубине помещения d_n; l_T /d_n=5:6=0,8;

• отношение длины помещения а_n к его глубине d_n;

а_n /d_n = 20:6=3,3;

• средневзвешенный коэффициент отражения пола, стен и потолка рассчитываются по формуле [СП 23-102-2003, таблица Б5, пункт 2]

, (4)

где ρ_п, ρ_ст, ρ_пот – коэффициенты отражения материала пола, стен и потолка соответственно; ρ_п = 0,3_, ρ_ст = 0,5_, ρ_пот = 0,7;

А_п, А_ст, А_пот – площади пола, стен и потолка, соответственно; А_n = 20 м·6 м = 120 м². А_ст = (20м·5м) 2 + (6м·5м) 2 = 260 м², А_пот = 20м·6м =120 м².

=

Если отделка поверхности помещения неизвестна, то для помещения следует принимать равным 0,5 [2, табл. Б5, Примечание 2].

На пересечении полученных значений по [2,табл. Б4] находим r₀ =3,27;

–общий коэффициент пропускания света определяемый по [СП 23-102-2003, формула Б6]:

=, (5)

где – коэффициент светопропускания материала стекла, определяем по [СП 23-102-2003, таблица Б7]; примем стекло оконное листовое двойное0,8;

–коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема, определяемый по [СП 23-102-2003, таблица Б7]: переплеты окон деревянные: двойные раздельные =0,6;

–коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях, определяемый по [2,табл. Б8]; при боковом освещении = 1;

–коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах определяемый по [СП 23-102-2003, таблица Б8]; убирающиеся регулируемые жалюзи = 1

–коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями; при боковом освещении =1;

К₃ – коэффициент запаса, определяемый по [СП 52.13330.2011]: примем что содержание пыли, дыма, копоти менее 1 мг/м³,тогда К₃=1,3.

С учетом установленных данных формула [СП 23-102-2003, Б1] примет окончательный вид:

_ер^б =

Полученное значение е_р следует округлить до сотых долей. В соответствии со СП 23-102-2003 допускается снижение расчетного значения е_р от нормированного КЕО е_н на 10%.

Проверочный расчет показал, что площадь и размеры световых проемов, полученные предварительным расчетом, обеспечивают нормированное значение КЕО е_н, т.е. удовлетворяется условие е_р^б_≥ е_н, 2,80 _≥1,5 %.

Построение исходной модели (плана производственного здания) промышленного объекта в плоскости. В данном подразделе необходимо построить модель промышленного объекта в формате 2D с помощью одного из графических редакторов. Исходные данные для построения приведены в приложении В.

Размеры производственного здания определяются в зависимости от его площади, указанной в задании. Принимается прямоугольная форма здания. Размеры вспомогательных помещений принимаются в зависимости от размера основного и с учётом требований СП 44.13330.2011 Административные и бытовые здания и СП 56.13330.2011 Производственные здания.

При расположении в пространстве объектов промышленного предприятия необходимо учитывать розу ветров для заданного региона, согласно "СП 131.13330.2012. Свод правил. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*".

В результате выполнения данного подраздела должен получиться план (плоская модель) производственного здания, который должен быть сделан в соответствии с требованиями нормативных документов, а также разрез заданного здания. Приведём некоторые рекомендации по выполнению планов.

Необходимый состав помещений, их размеры и оборудование определяют в зависимости от числа работающих и санитарно-гигиенических условий производства (СП 44.13130-2011).

Содержание и оформление чертежей планов и разрезов производственных зданий установлено в ГОСТ 21.501-2011. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации архитектурных и конструктивных решений, ГОСТ Р 21.1101-2013 Основные требования к проектной и рабочей документации. а также с соблюдением других взаимосвязанных стандартов ГОСТ 21.201-2011 СПДС. Условные графические изображения элементов зданий, сооружений и конструкций, ГОСТ 21.205-93 Система проектной документации для строительства. Условные обозначения элементов санитарно-технических систем, ГОСТ 21.110-95 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения спецификации оборудования, изделий и материалов, и т.п.

При расстановке машин и оборудования необходимо пользоваться требованиями ТР ТС 010/2011 О безопасности машин и оборудования.

Преобладающее направление ветров принимают по диаграмме, показывающей число ветреных дней в процентах для данной местности и направление ветра относительно сторон света. Эту диаграмму называют розой ветров.

Для построения розы ветров через принятую за центр точку проводят прямые по направлению 8 румбов: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ.

На каждой прямой от центра откладывают в выбранном масштабе столько единиц, сколько раз в этом направлении за данный промежуток времени дул ветер. Сумма всех отрезков должна равняться 100 %. Полученные точки соединяют.

Наиболее вытянутая сторона розы ветров показывает преобладающее направление ветра (к центру диаграммы).

Розу ветров строят для летнего или для зимнего периода года, а в некоторых случаях на одном рисунке показывают две диаграммы (для летнего и зимнего периодов).

Данные для построения розы ветров можно найти СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Рисунок 2 - Роза ветров для города

В пояснительной записке должны быть представлены сведения о заданном помещении промышленного предприятия, дана краткая характеристика технологического процесса, оборудования, требования безопасности, предъявляемые к данным объектам по их расположению с учётом розы ветров, расстояний между ними и т.д. Полученную модель (план одноэтажного производственного здания с его разрезом) вместе с экспликацией представить в виде приложения.

Категорирование помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. В данном подразделе необходимо определить категории заданных помещения и производственного здания. Исходные данные для расчёта согласно варианту определяются по приложению В.

Согласно статьям 24,25,26,27 Федерального закона №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008:

• категории зданий, сооружений, строений и помещений производственного и складского назначения по пожарной и взрывопожарной опасности должны указываться в проектной документации на объекты капитального строительства и реконструкции;

• категории наружных установок по пожарной опасности должны указываться в проектной документации на объекты капитального строительства и реконструкции, а обозначение категорий должно быть указано на установке.

Таким образом, любые здания и помещения производственного и складского назначения, наружные установки, подлежат определению категории по пожарной и взрывопожарной опасности.

Категорирование опасных наружных установок по взрыво и пожароопасности проводится более 50 лет. До 1997 года помещения и наружные установки имели категории А. Б, В, Г и Д. На каком-то этапе появилась категория Е, (где возможен взрыв без последующего горения), однако за неимением таковых она вскоре прекратила свое существование.

С1997 года помещения и наружные установки стали разделять в особые группы, добавив к категории наружных установок индекс «н».

В НПБ 1997 и 2003 года опасные наружные установки категорировались, как пожароопасные. С 2009 года СП12.13130 категорирует эти же установки, как взрывопожароопасные с оговоркой, что данный СП взрывоопасность наружных установок не рассматривает. Индекс «н» при наружных установках этим сводом был заменен на индекс «Н». Заметьте, это самое существенное отличие нового СП от старых НПБ.

Характерной особенностью новых норм и правил СП12.13130 является то, что они вводятся без ограничения действия старых норм.

В настоящее время действуют одновременно НПБ 105-03 и СП 12.13130.2009. Названия норм совершенно одинаковые. Различие заключается в том, что при их утверждении, повидимому, был изменен «установленный порядок».

В итоге подобного нормотворчества в настоящее время по категорированию объектов существуют три действующих нормативных документа: ПУЭ, НПБ 105-03, СП.12.13130.2009. При этом, все они дают разные обозначения категорий, даже разные названия этих категорий.

Определение категорий зданий и помещений производственного и складского назначения, а также наружных установок, по взрывопожарной и пожарной опасности производится на основании нормативных документов по пожарной безопасности: СП 12.13130.2009, НПБ 105-03 и пособия по применению к НПБ 105-95.

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 - В4, Г и Д, а здания - на категории А, Б, В, Г и Д.

По пожарной опасности наружные установки подразделяются на категории АН, БН, ВН, ГН и ДН.

Категории помещений и зданий определяются, исходя из вида находящихся в помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, а также, исходя из объемно-планировочных решений помещений и характеристик проводимых в них технологических процессов.

Таблица 4 —Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности (СП 12.13130.2009)

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А Повышенная взрывопожаро-опасность	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрывав помещении, превышающее 5 кПа, и (или) вещества и материалы, способные взрыватьсяи гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа
Б взрывопожаро-опасность	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее5 кПа
В1—В4 пожароопасность	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они находятся (обращаются), не относятся к категории А или Б
Г умеренная пожароопасность	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени, и (или) горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д пониженная пожароопасность	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Для выполнения расчетов категорий необходимы следующие исходные данные:

- геометрические размеры помещения,

- материал покрытия пола, потолка и стен, 

- наличие или отсутствие систем аварийной вентиляции, 

- состав, количество и характер размещения пожарной нагрузки (находящиеся в помещении взрывоопасные, легковоспламеняющиеся и горючие материалы), 

- описание технологического процесса.

Необходимость категорирования наружных установок, помещений и зданий возникает на различных этапах производственной деятельности:

• при проектировании;

• при реконструкции;

• при эксплуатации;

• при изменении технологий;

• при замене оборудования;

• при замещении объема производства и т.д.

Таблица 5 —Категории наружных установок по пожарной опасности (СП 12.13130.2009)

Категория наружной установки	Критерии отнесения наружной установки к той или иной категории по пожарной опасности
АН повышенная взрывопожаро-опасность	Установка относится к категории АН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 С, вещества и (или) материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании указанных веществ с образованиемволн давления превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 м от наружной установки)
БН взрывопожаро-опасность	Установка относится к категории БН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие пыли и (или) волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 С, горючие жидкости (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании пыле- и (или) паровоздушных смесей с образованием волн давления превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 м от наружной установки)
ВН пожароопасность	Установка относится к категории ВН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие и (или) трудногорючие жидкости, твердые горючие и (или) трудногорючие вещества и (или) материалы (в том числе пыли и (или) волокна), вещества и (или) материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и (или) друг с другом гореть, и если не реализуются критерии, позволяющие отнести установку к категории АН или БН (при условии, что величина пожарного риска при возможном сгорании указанных веществ и (или) материалов превышает одну миллионную в год на расстоянии 30 м от наружной установки)
ГН умеренная пожароопасность	Установка относится к категории ГН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) негорючие вещества и (или) материалы в горячем, раскаленном и (или) расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и (или) пламени, а также горючие газы, жидкости и (или) твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
ДН пониженная пожароопасность	Установка относится к категории ДН, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) в основном негорючие вещества и (или) материалы в холодном состоянии и если по перечисленным выше критериям она не относится к категории АН, БН, ВН или ГН

С расчетами категорий наружных установок, зданий и помещений по взрывопожарной и пожарной опасности (по НПБ 105-03 и СП 12.13130.2009) связано определение классов взрыво- и пожароопасных зон по ПУЭ. Класс зоны влияет на исполнение электроустановок, электрооборудования и электроустановочных изделий. Правильный расчет категории пожарной опасности позволяет избежать нецелесообразных расходов на дорогостоящее оборудование.

Таким образом, для выполнения данного задания необходимо воспользоваться методикой, изложенной в СП 12.13130.2009 "Свод правил. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности", а также ознакомиться с основными требованиями нормативных документов НПБ 105-03. Нормы пожарной безопасности. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности и Постановление Правительства РФ от 25.04.2012 № 390 "О противопожарном режиме". Кроме того, изучить принципы определения классов взрыво- и пожароопасных зон по ПУЭ.

Рекомендуется пользоваться учебным пособием: Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожароопасной и пожарной опасности [http://www.bibl.rusoil.net/jirbis2] : учебное пособие / УГНТУ, каф. ПБиОТ ; сост.: А. В. Солодовников, Ахматвалиева Е.Р. - Уфа : УГНТУ, 2012. - 798 Кб. - Б. ц.

Построение исходной 3D модели промышленного объекта.

В данном подразделе необходимо спроектировать 3D модель основного производственного помещения по результатам выполнения «плоской» модели объекта. Рекомендуется использовать для построения Компос-3D.

Алгоритм создания 3D модели промышленного объекта можно представить в следующем виде:

• Создаётся деталь.

• Создается параллелепипед в соответствии с заданными на генеральном плане размерами, применяя при этом операцию «выдавливание».

• На плоскости XY рисуются эскизы заданных зданий, сооружений, оборудования и т. д. с помощью команды «вырезать выдавливанием».

Полученную трёхмерную модель основного производственного помещения необходимо сохранить в формате STL и можно переносить в программу FlowVision для дальнейшего моделирования.

В пояснительной записке должны быть представлены все этапы создания модели в виде рисунков и пояснений к ним. Кроме того, в приложении должна быть приведена окончательная 3D модель рассматриваемого основного производственного помещения.

Моделирование воздушных потоков с помощью FlowVision.

С помощью программы FlowVision необходимо смоделировать потоки воздушных масс, проходящие через спроектированное в Компас-3D производственное помещение со всех сторон света. Далее рассчитать и проанализировать зоны застоев воздуха вокруг производственного оборудования, расположенного в данном помещении. Выбрать наихудший вариант (направление воздушных масс с наибольшим количеством зон застоев) для того, чтобы предложить мероприятия по повышению безопасности на промышленном объекте.

Таким образом, для начала моделирования необходимо импортировать готовую модель в формате STL в программу FlowVision. При импортировании необходимо убедиться в соответствии порядков размеров импортируемой модели и заданных по умолчанию размеров во FlowVision.

Программный комплекс FlowVision предназначен для моделирования трехмерных течений жидкости и газа в технических и природных объектах, а также визуализации этих течений методами компьютерной графики.

Моделируемые течения включают в себя стационарные и нестационарные, сжимаемые, слабосжимаемые и несжимаемые потоки жидкости и газа. Использование различных моделей турбулентности и адаптивной расчетной сетки позволяет моделировать сложные движения жидкости, включая течения с сильной закруткой, горением, течения со свободной поверхностью.

Математические модели, включенные в FlowVision, разделены на две группы – базовые и специальные модели.

Базовые модели предназначены для моделирования широкого класса гидродинамических явлений. Они описывают движение однородной жидкости при различных скоростях с учетом эффектов сжимаемости, турбулентности и теплопереноса:

• твердый материал (Solid Model) предназначена для моделирования теплопереноса и диффузионных процессов в твердом теле. Эта модель используется в задачах сопряженного теплообмена для учета теплопереноса между жидкостью и твердым телом;

• ламинарная жидкость (Laminar Fluid) используется для моделирования течений вязкого газа (жидкости) при малых и умеренных числах Рейнольдса при небольших изменениях плотности (приближение Буссинеска);

• несжимаемая жидкость (Incompressible Fluid) предназначена для моделирования течения газа (жидкости) при больших (турбулентных) числах Рейнольдса и при малых изменения плотности;

• слабосжимаемая жидкость (Weakly Compressible Fluid) описывает движение газа при дозвуковых числах Маха и любых изменения плотности;

• полностью сжимаемая жидкость (Fully Compressible Fluid) описывает движение газа при любых числах Маха (до-, транс-, сверх- и гиперзвуковые течения).

Специальные модели предназначены для моделирования движения жидкости (газа) при учете дополнительных физико-химических эффектов, характерных для узкоспециальных приложений:

• пористая среда (Porous Media) описывает движение газа при дозвуковых числах Маха и любых изменения плотности c учетом пористости среды.

• модель двухфазного течения жидкости (Free Surface Model) предназначена для исследования двухфазных течений со свободной поверхностью. Эта модель используется для определения коэффициентов сопротивления кораблей и подводных аппаратов, заполнения форм расплавом металлов и т.д.;

• модель горения (Combustion Model) используется для моделирования процессов сжигания различных газовых смесей (например, метановоздушных) в горелках и котлах ТЭЦ и определения выбросов оксидов азота.

Существуют также дополнительные модели:

• модель радиационного теплопереноса (Radiation) – модель радиационного теплопереноса. Она предназначена для учета количества тепла, переданного от одного тела к другому за счет излучения.

• модель зазора (Gap model) – модель, предназначенная для учета сопротивления, создаваемого узким каналом.

• частицы (Particles) – модель предназначена для моделирования двухфазных течений с частицами. Несущая фаза может быть жидкостью или газом. Частицы могут быть твёрдыми или жидкими.

Процесс расчета течения жидкости включает в себя следующие шаги, выполняемые пользователем:

• создание области расчета (“геометрии” устройства) в САПР и импортирование ее через форматы VRML, IGES, STL, VDAFS, DEFORM, ABAQUS, ANSYS или NASTRAN в FlowVision.

• задание математической модели.

• задание граничных условий.

• задание исходной расчетной сетки и критериев её адаптации по решению и по граничным условиям.

• задание параметров методов расчета.

• проведение расчета (без участия пользователя).

• просмотр результатов расчета в графической форме (“визуализация” результатов расчетов) и сохранение данных в файлы.

• оценка точности расчетов методом сходимости по сетке.

Запуск программы осуществляется щелчком по ярлыку на рабочем столе или ПУСК→ПРОГРАММЫ→FlowVision.

Сразу после запуска FlowVision откроется интерфейс рисунок 3, где вы сможете либо Открыть существующие файлыFlowVision (Документ или файл, с которым работает FlowVision, называется вариантом) или Создать - создать новый вариант путем импорта геометрии расчетной модели. FlowVision не имеет собственного геометрического процессора, поэтому геометрия расчетной области импортируется из файла, созданного в САПР.

Рисунок 3 – Интерфейс программы FlowVision

На рисунке 4 представлен вариант интерфейса FlowVision. Вариант включает в себя геометрическую информацию, расчетную сетку, физические модели, параметры расчета, данные расчета и информацию постпроцессора.

Рисунок 4 - Окно задания варианта

При создании нового варианта вначале импортируется геометрическая информация, затем задаются расчетная сетка, физические модели и параметры расчета. После этого проводится расчет, и с помощью постпроцессора анализируются полученные данные.

Окно расчета варианта представлено на рисунке 5

Рисунок 5 - Окно задания варианта

Чтобы отобразить или скрыть отдельные панели инструментов, выберите Вид в Меню, Панели инструментов. Появится список всех панелей инструментов. Панели инструментов, отмеченные галочкой, видны на экране; а те, которые не отмечены, скрыты. Нажмите на имя панели инструментов, чтобы поставить (или наоборот убрать) галочку.

Дадим описание существующим панелям инструментов.

Панель инструментов Стандартная предоставляет инструменты для открытия варианта, его сохранения и вызова справки.

Панель инструментов Геометрия предоставляет инструменты для изменения способа отображения варианта в графическом окне.

Панель инструментов Режимы предоставляет инструменты дл манипулирования видом варианта в графическом окне и создания основных слоев визуализации полученных результатов.

Панель инструментов Виды содержит кнопки для управления видом.

Панель инструментов Расчет содержит кнопки для управления процессом расчета.

Панель инструментов Захват содержит кнопки для захвата изображения.

FlowVision имеет ряд настроек, которые устанавливаются одинаковыми для всех вариантов. Эти настройки называются Предустановки. Изменение одной из предустановок воздействует на все открываемые в программе варианты. Предустановки устанавливаются в Окне Предустановок, вызываемом из пункта ФайлПредустановки главного меню.

Значения предустановок запоминаются в файле fv.ini, который создается в директории, откуда запускается FlowVision, при первом запуске программы. Если при запуске FlowVision такой файл уже существует, то предустановки загружаются оттуда.

Необходимо зайти в закладку Препроцессор и в Группе в дереве варианта поставить галочку напротив Показать всё – это позволит разложить геометрию в рабочим окне.

1 Этап. Создание области расчета ("геометрии"). Под областью расчета понимается объем, в котором определены уравнения математической модели, и граница объема, на которой определены граничные условия. Следует отличать область расчета от физического объема, где определена (поставлена) задача обтекания. Расчетную область логично ограничить, чтобы границы не влияли на результаты расчетов.

После создание модели расчетной модели средствами CAD систем. Запустите программу FlowVision и нажмите Создать для открытия нового варианта (выбираем файл диффузор.stl).